高压脉冲储能电容器特性分析

针对高压脉冲储能电容器的高功率密度、高电压、大电流、强脉冲储能及小型化的应用特点,分析了金属化薄膜电容器的工作特性、影响因素以及大电流脉冲放电条件下的金属化薄膜电容器失效机理,同时分析了金属化薄膜失效的直接影响因素、畸变电场的形成过程及其影响因素,为金属化薄膜电容器应用于电磁发射工程领域奠定了技术基础。     

高压大容量金属化膜脉冲电容器提高储能密度的工艺改进与试验研究

高能脉冲功率电源之储能器件即金属化膜脉冲电容器往往具有电压高、容量大的特点,而以现有的基膜材料和制造工艺,其相关产品的体积也普遍偏大,制约了新概念武器在更多中小型武器平台上的推广应用,因此开展提高脉冲电容器储能密度的理论分析和实验研究具有迫切的现实意义。为此,基于典型的双向拉伸聚丙烯薄膜(国产),通过改进金属电极、串联形式以及封装工艺,研究了提高其储能密度的优化方案,并在高压大电流循环浪涌条件下完成了试验验证。结果表明:在同等储能密度条件下,利用该优化方案生产的脉冲电容器较改进前寿命提高了41.7%;在同等寿命条件下,储能密度提高了13.8%,说明该优化方案具有可行性。     

金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性研究*

脉冲电容器作为爆磁压缩激励电流源的储能元件之一,通常要求单次可靠运行。正是由于单次运行,为脉冲电容器的过载工作提供了极大的可能。过载工作的电容器与额定电容器相比具有体积小、重量轻的优点,可实现爆磁压缩激励电流源的紧凑化。本文研究了不同温度下国产金属化聚丙烯膜脉冲电容器的过载特性,如过载运行的储能密度,放电电流及可靠度等。实验表明：在-45℃~60℃范围内过载运行这种电容器,其储能密度可达额定储能密度的1.8倍,同时在0.95的置信水平下,其过载运行的可靠度单侧置信下限为0.9,可以实现稳定可靠运行。     

金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性

脉冲电容器作为爆磁压缩激励电流源的储能元件之一,通常要求单次可靠运行。正是由于单次运行,为脉冲电容器的过载工作提供了极大的可能。过载工作的电容器与额定电容器相比具有体积小、重量轻的优点,可实现爆磁压缩激励电流源的紧凑化。研究了不同温度下国产金属化聚丙烯膜脉冲电容器的过载特性,如过载运行的储能密度,放电电流及可靠度等。实验表明:在-45℃~60℃范围内过载运行这种电容器,其储能密度可达额定储能密度的1.8倍,同时在0.95的置信水平下,其过载运行的可靠度单侧置信下限为0.9,可以实现稳定可靠运行。     

含脉冲负载的综合电力系统储能优化配置研究

考虑到舰船环境限制和高能脉冲负载对储能的需求,有必要对储能装置进行合理的选型和优化配置,来提升综合电力系统性能。为此,基于带权极小模理想点法和层次分析法,提出了一种储能装置性能评价函数,并以其为优化目标,进行储能装置优化配置。所提出的评价函数充分考虑系统需求和脉冲负载特性,以储能装置体积、质量和经济性作为评价函数主要组成部分,同时考虑功率、能量、电压、荷电状态等约束,建立优化配置模型,并采用差分进化算法进行求解。以高性能锂电池和超级电容器为例,对所提模型进行求解计算,结果表明在所给权重系数下锂电池性能更优,更适用于综合电力系统,并给出了优化配置后的指导方案。     

毫微秒正脉冲高电压击穿的水介质开关特性实验研究

本项研究是亚微秒负脉冲高电压击穿的水介质开关特性的实验研究工作的继续。研究结果表明,当毫微秒脉冲击穿时,要考虑电极间水电容的波阻抗对触发器脉冲能量的泄漏。     

高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性

由于电池内阻和极化现象的存在,锂电池在放电的瞬间会出现较大的电压跌落,高倍率脉冲放电锂电池更是如此。为了研究高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性,探讨温度、荷电状态和老化等因素对电池功率性能的影响规律,定义了锂电池的功率特性曲线,搭建了高倍率电池测试平台,并从温度、荷电状态和老化3个阻抗敏感因素开展实验研究。研究方法和结论对后期开展锂电池系统的峰值功率评估和功率曲线预测有一定的指导意义。     

大容量储能发电机并联运行励磁控制算法

大容量储能发电机作为脉冲电源，整流后通过逆变器向大功率脉冲负载供电。采用储能发电机直流侧并联方式工作，可以有效提高系统带载能力与可靠性。当并联运行的储能发电机转速不同时，根据转速合理分配电机释放功率可以有效提高系统工作效能，因此需要设计一种具有功率调节功能的励磁控制算法。在电压、电流双闭环控制的基础上，引入功率前馈控制，推导并求解了前馈功率与励磁电流关系以及控制参数，并根据电机初始转速设计了功率分配算法。仿真试验结果表明，功率前馈控制在励磁控制过程中起主导作用，有效分配储能电机释放功率大小，提高了励磁电流响应速度，抑制了负载功率扰动对励磁控制系统的影响。     

电磁发射用多级混合储能装置充电策略

针对多级混合储能装置这种特殊、新型储能结构必须实现蓄电池到脉冲电容器的快速充电才能充分展现其技术优势的特点,首先在时序串联充电策略基础上提出了一种效率更高的改进充电策略,在蓄电池组数不变的情况下首先并联电池组对电容充电,电压达到一定水平后改变电路结构即将并联电池组转换为串联继续对电容器充电,从而提高充电效率;然后,建立了仿真实验平台,对改进策略和此策略中引入的系数α进行了分析,结果显示:α的不同取值对充电效率与恒流区宽度有较大影响,改进后充电效率提高最多可达40.7%。蓄电池到脉冲电容的新型充电策略极大地提高了充电效率,为混合储能更好地应用于电磁发射奠定了理论基础。     

电感储能系统驱动虚阴极振荡器数值研究

应用PSpice程序构建了一种比较符合实验实际的电感储能系统驱动反射三极管虚阴极振荡器的等效电路模型 ,研究了虚阴极中的电流电压关系 ,以及电爆炸丝切断开关和脉冲变压器的作用。具体介绍了电爆炸丝和虚阴极振荡器的计算模型。计算结果给出了脉冲变压器、电爆炸丝和虚阴极振荡器的参数选择对负载上获得的电压、电流的影响。     

极化散射矩阵的不同分布箔条云双站雷达截面分析

深入分析箔条云的极化和能量特性,首先通过极化散射矩阵讨论单根箔条的双站雷达截面,并以此为根据推导出不同分布时箔条云的双站雷达截面解柝表达式,讨论了不同极化方式的情况下具有均匀分布及不同正态分布时的双站雷达截面.     

MgSO4弛豫吸收对水下强声波脉冲传播的影响分析

对水下等离子体放电强声波脉冲实验测量波形进行FFT变换发现,其能量主要集中在100kHz以下的频段内,在这个频段内,海水中存在的一种盐类——MgSO4(硫酸镁)化学弛豫会造成声波的逾量吸收.本文从包含海水中MgSO4弛豫吸收的修正物质状态方程出发,推导了强声波脉冲传播的新的波动方程,并结合具体的数值算法,对强声波脉冲的传播进行了数值模拟,分析了MgSO4弛豫吸收对脉冲波形的传播及频谱的影响.研究表明,MgSO4弛豫吸收对陡峭的冲击脉冲波形具有平滑和展宽作用,使得脉冲的能量更靠近低频.这种效应与球面波阵面的几何扩散相结合,造成了强声波脉冲能量的逾量损失.     

杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性影响*

使用电路模拟软件(P-Spice)分析了脉冲电容器自身电感、磁开关绕组匝间电容以及磁芯处于不同工作状态时,磁开关绕组自身阻抗等杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响。结果表明,匝间电容和磁芯处于未饱和状态下的绕组自身电阻对系统的输出特性影响相对较小;磁芯处于饱和状态时,绕组自身阻抗对系统的电压传输效率影响较大;脉冲电容器的自身电感不仅会降低系统的电压传递效率,同时会影响到输出脉冲上升沿的宽度。基于以上的结论,对单级串联型磁脉冲压缩器进行了优化设计并研制了一台输出峰值电压26kV,脉冲上升时间由4.1us压缩到1.2us的串联型磁脉冲压缩器,电压传输效率大于92.5%。     

杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响

使用电路模拟软件分析了脉冲电容器自身电感、磁开关绕组匝间电容以及磁芯处于不同工作状态时磁开关绕组自身阻抗等杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响。结果表明,匝间电容和磁芯处于未饱和状态下的绕组自身阻抗对系统的输出特性影响相对较小;磁芯处于饱和状态时,绕组自身阻抗对系统的电压传输效率影响较大;脉冲电容器的自身电感不仅会降低系统的电压传输效率,而且会同时影响到输出脉冲上升沿的宽度。基于以上结论,对基于电容负载的单级串联型磁脉冲压缩器进行了优化设计并研制了一台输出峰值电压26k V,脉冲上升时间由4.1ms压缩到1.2ms的串联型磁脉冲压缩器,电压传输效率大于92.5%。     

Wiener过程的金属化膜脉冲电容器步降应力退化建模

由于强激光装置中金属化膜脉冲电容器高可靠长寿命的特点,导致退化试验的时间长效率低,传统的退化试验统计分析方法复杂,对先验信息依赖性大,针对这些问题提出了基于Wiener过程的金属化膜脉冲电容器步降应力加速退化建模和参数估计的方法。首先,用Wiener过程刻画电容器的退化过程,然后结合随机过程的特性采用MCMC方法进行参数估计,大大简化了统计分析过程。最后通过对电容器的仿真实验,将步降应力下的评估结果与恒定应力、步进应力的情况相对比,说明了步降应力对改善退化试验的试验效率的有效性。     

高功率水介质开关加载脉冲电压波头的数值分析

文中对02号实验装置——高功率脉冲水介质开关上加载的脉冲电压的波头作了数值分析,理论上讨论了各参数对水开关工作性能的影响,得出了C_M/C对水击穿特性影响很大的重要结论,从而给高功率亚微秒水开关的设计提供了理论依据。本装置的大量实验数据验证了计算的正确性。     

电感储能电源余能回收对轨道炮特性影响分析

对剩余能量进行回收并重复利用有利于提高电感储能脉冲电源驱动电磁发射系统的能量利用效率,剩余能量回收的快慢将直接影响电磁发射系统的发射性能。在电感储能脉冲电源的基础上引入剩余能量快速回收单元可以实现剩余能量快速回收。为研究带有剩余能量回收单元的改进电路对连续电磁发射系统产生的影响,分阶段对改进电路的放电过程进行分析,对一个12模块的增强型轨道炮系统进行建模仿真,并与改进前的电路进行对比分析,进而得到改进电路驱动电磁发射系统的输出特性和发射优点。     

基于极化分解的目标识别方法研究

在全极化、高距离分辨力雷达体制背景下，研究了光学区雷达目标极化特性。利用极化分解将复杂目标分解为三个简单目标， 并提取描述三目标关系的特征参数对四类军用飞机目标进行了识别实验研究， 获得了良好的目标分类识别效果。     

锂电池储能在电磁发射中的应用

随着电磁发射技术的发展，储能环节成为其中不可或缺的一部分。对基本储能单元需求进行分析，以用电系统功率和能量需求为牵引，以储能系统体积重量适装性最优为目标，充分对比现有各类电池参数指标，从安全性、功率密度、能量密度和循环寿命四个方面进行考虑，确定基本储能单元类型为锂电池。面对舰上不同电磁发射设备电压、电流的需求，需要研究能够实现锂电池组快速灵活串并转换的拓扑结构。在实现电池组稳定并联之前，需保证电池组的一致性，因此需计算出电池荷电状态并进行均衡；针对短脉冲大倍率连续放电工况下荷电状态估算不准确的问题，提出以蓄电池组作为研究对象，采用动态辨识方法进行估算。由于各电池组之间存在不一致性，并联起来放电时可能导致输出电流不均衡，使得本来就处于高倍率放电的电池组超限使用，因此将提出一种电池组均流方法来解决此问题。     

一种高压脉冲电源设计与实验

研制了一台储能为8kJ的高压脉冲电源,该电源主要由高频高压电容充电电源,储能电容器组,放电开关,放电电极和安全泄放装置组成。高压充电电源采用市电通过干式变压器升压,然后全桥整流后向高压储能电容充电,最后通过触发高压空气开关将电容中储能在放电电极处释放掉。高压测量端与控制系统采用光电隔离技术,减小了电磁干扰对控制系统的影响,同时提高了操作安全性。最后对多晶硅材料进行放电实验,结果表明,电极放电可在试样中产生明显的破碎效果。